Технология сварки меди и ее сплавов

Температура плавления меди 1083°С
Марка
Свариваемость
Технологические особенности сварки
Медь катодная
Электродная проволока Бр.КМц 3-1; МНЖКТ-5-1 -0,2-0,2; Бр.ОЦ 4-3; Бр.ОЦ 4-3; БР.Х 0,7
При толщине более 8-10 мм необходим предварительный подогрев до 200-300°С
М00к, М0к, М1к
Хорошая
Медь раскисленная
Mlp, М2р, МЗр
Хорошая
Медь рафинированная
М2, М3
Хорошая
Бронзы оловянные литейные
Электродная проволока той же марки, что и основной металл
При толщине более 10-15 мм необходим предварительный подогрев до 500-600°С
Защитные газы Ar, Не, N2
Бр03Ц12С5, Бр05Ц5С5, Бр08Ц4, Бр010Ф1, Бр010Ц2
Удовлетворительная
Бр03Ц7С5Н1, Бр04Ц7С5, Бр010С10
Плохая
Бронзы безоловянистые литейные
БрА9Ж3Л
Хорошая
БрА9Мц2Л, БрА10ЖЗМц2, БрА11Ж6Н6, БрА7Мц15Ж3Н2ц2
Удовлетворительная
Бронзы деформируемые
Бр0ф7-0,2, БрХ1, БрКМц3-1, БрБ2
Хорошая
БрАМц9-2, БрАЖН9-5-2, БрАЖ9-4, БрСр1
Удовлетворительная
БрА5, БрА7
Плохая
Латуни деформируемые
Электродная проволока Бр.ОЦ 4-3; Бр.КМц 3-1; ЛК62-0,5; ЛК80-3; ЛМц59-0,2
При толщине более 12 мм необходим предварительный подогрев до 300-350°С
JI96, ЛА77-2, ЛК80-2
Хорошая
ЛМцС58-2, ЛС3, Л062-1
Удовлетворительная
ЛС59-1, ЛС60-1
Плохая
Медь и сплавы на ее основе - бронзы, латуни, медно-никелевые сплавы качественно свариваются способом MIG/MAG в инертных газах.
Трудности при сварке
Высокая теплопроводность меди (в 6 раз выше, чем у железа) осложняет сварку соединений с несимметричным теплоотводом;
Большая жидкотекучесть (в 2--2,5 раза выше, чем у стали) затрудняет сварку вертикальных и потолочных швов;
Интенсивное окисление с образованием закиси меди (Cu2О), хорошо растворяемой в расплавленном металле, приводит к образованию трещин;
Активная способность меди поглощать газы (кислород и водород) при расплавлении приводит к пористости шва и горячим трешинам
Большой коэффициент линейного расширения меди (в 1,5 раза выше чем у стали) влечет та собой значительные деформации и напряжения

Подготовка к сварке
Разделку меди и ее сплавов на мерные заготовки можно выполнять шлифовальной машинкой, труборезом, на токарном или фрезерном станке, а также плазменно-дуговой резкой.
Кромки под сварку подготавливают механическим способом. Для меди толщиной 6-18 мм рекомендуются V- и X-образные разделки.

Свариваемые детали и присадочную проволоку очищают от окислов и загрязнений до металлического блеска и обезжиривают. Механическую зачистку кромок выполняют наждачной бумагой, металлическими щетками и т.д. Использовать наждачную бумагу и абразивный камень с крупным зерном не рекомендуется.
Главное при сварке меди - защита сварочной ванны от кислорода. Она достигается при помощи раскисления фосфором, алюминием и серебром. Поэтому следует использовать электродную проволоку, легированную этими раскислителями.
Свариваемые кромки и присадочную проволоку можно очищать травлением в растворе, состоящем из:
75 см3/л HNO2;
100см3/л H2SO4:
1 см3/л НСl
с последующей промывкой в воде и щелочи и сушкой горячим воздухом.
Предварительный подогрев конструкций с толщиной стенки 10-15 мм возможен газовым пламенем, рассредоточенной дугой или другими способами.
Сборку стыков под сварку ведут либо в приспособлениях, либо с помощью прихваток. Зазор в стыкуемых заготовках соблюдают одинаковым на всем протяжении. Прихватки должны быть минимального сечения, чтобы в процессе сварки их можно было переплавить. Поверхность прихваток необходимо очистить и осмотреть, чтобы на них не было горячих трещин. При сварке в нижнем положении используют графитовые подкладки или медные пластины, охлаждаемые водой.
Выбор параметров режима сварки
Плавящимся электродом в защитных газах эффективнее всего сваривать медь толщиной не менее 6-8 мм. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности.
Медь хорошо сваривается плавящимся электродом в аргоне, азоте, в смеси аргона с азотом и в гелии. Из-за высокой теплопроводности меди для получения надежного провара в начале сварки и хорошего сплавления кромок детали подогревают до 200-500°С. При сварке в аргоне подогрев необходим при толщине металла более 4,5 мм, а в азоте - более 8 мм
Одним из важнейших параметров режима сварки меди плавящимся электродом является длина дуги. Шов качественно формируется при длине дуги 4-5 мм.
Стыковые соединения сваривают на подкладных элементах. Импульсно-дуговая сварка (ИДС) в аргоне дает возможность выполнять вертикальные и потолочные швы, позволяет сваривать тонкий металл. При сварке в азоте процесс идет с короткими замыканиями (КЗ) с повышенным разбрызгиванием или крупнокапельным переносом (КР)
Техника сварки
Для повышения стойкости металла шва к образованию горячих трещин рекомендуются проволоки Бр.АЖНМц 8,5-4-5-1,5; Бр.МцФЖН 12-8-3-3; ММц40, Механические свойства сварных соединений в этом случае соответствуют свойствам основного металла.
Ориентировочные режимы сварки меди в нижнем положении
Вид соединения
Размеры, мм
Процесс сварки
Газ
Сварочный ток, А
Напряжение на дуге, В
Скорость сварки, м/ч
Диаметр электрода, мм
Вылет электрода, мм
Расход газа, л/мин
S
b

0,8-1
0+0,5
ИДС
КЗ
Ar
N2
80-110
80-110
18-20
18-20
30-45
0,8-1,2
0,8
10-14
10-12
7-9

2-3
1-1,5
ИДС
КЗ
КЗ
Ar
N2
Ar
140-210
140-200
140-200
19-23
20-25
19-23
25-35
25-35
25-30
0,8-1,6
0,8-1,2
0,8-1,2
10-18
10-14
10-14
8-10
8-9
8-10

5-6
2-3
КЗ
СТР
ИДС
N2
Ar
Ar
250-320
250-320
250-320
24-27
23-26
23-28
22-28
20-25
20-25
1-1,4
1-1,6
1,2-3
10-16
10-18
12-30
10-12
8-10
3-3,5
СТР
СТР
КР
Ar
He
N2
350-550
300-500
300-500
32-37
33-38
34-39
18-20
20-22
20-28
2-3
1,6-3
1,6-3
20-35
18-35
18-35
14-16
30-40
14-16

12-14
1,5-2,5
СТР
СТР
КР
Ar
He
N2
300-500
270-500
280-500
28-36
32-38
32-39
16-18
18-22
18-22
2-4
1,5-3
1,5-3
20-40
18-35
18-35
14-18
30-40
14-16
16-20
3-4
СТР
СТР
КР
Ar
He
N2
350-680
350-650
350-650
32-39
34-42
35-42
16-18
16-20
16-20
2-4
2-4
2-4
20-40
14-18
30-50
14-18
Медь сваривают с минимальным числом проходов.
Сварку ведут "углом вперед" справа налево. Для формирования обратной стороны шва стыковых соединений используют графитовые или медные водоохлаждаемые подкладки. Двухсторонние соединения выполняют с формированием шва на весу или по подварочному шву наложенному ручной аргонодуговой сваркой W-электродом.
Бронзы
Бронзы - сплавы меди с алюминием. Их обозначают двумя буквами "Бр" начальными буквами русских названий легирующих элементов и рядом чисел, указывающих содержание этих элементов в %.
Так, марка БрАЖМц 10-3-1,5 означает, что бронза содержит 10% алюминия, 3% железа, 1,5% марганца. В конце некоторых марок литейных бронз ставится буква "Л".
Ориентировочные режимы сварки бронз Бр.АМц 9-2, Бр.АЖМц 9-5-2 и латуни ЛМНЖ 55-3-1 в аргоне в нижнем положении (постоянный ток, обратная полярность, проволока Бр. АМц 9-2)
Вид соединения
Размер, мм
Процесс сварки
Сварочный ток, А
Напряжение на дуге, В
Скорость сварки м/ч
Диаметр электрода, мм
Вылет электрода, мм
Расход газа, л/мин
S
b

3
0+1
ИДС
КЗ
150-190
160-190
23-26
22-25
20-25
20-25
1-1,5
1-1,5
10-16
10-16
8-10
9-11

4-5
0+1,5
ИДС
КЗ
140-220
160-220
23-26
22-26
20-22
20-22
1-1,5
1-1,5
10-16
10-16
10-12
10-12

8-10
0+1,5
0+2
СТР
СТР
300-400
375-450
29-33
31-36
25-32
30-35
2-4
2-4
20-35
20-35
12-16
14-16

14-16
0+2
СТР
400-650
33-38
20-25
2-5
20-40
16-20

24-26
0+2
СТР
400-800
33-42
18-30
2-5
20-40
16-20
Трудность сваривания бронз объясняется их повышенной жидкотекучестью. При сварке бронз возникают трудности, вызванные образованием окиси алюминия, поэтому способ и технологию сварки выбирают такими, как и при сварке алюминия, а режимы - характерные для медных сплавов.
Латуни
Сплавы меди с цинком - это латуни, или медноцинковые латуни. Для улучшения свойств в сплав добавляют Al, Mn, Ni, Fe, Sn, Si и др. Такие латуни называются специальными.
Латуни обозначают буквой "Л", справа от которой пишут буквенное обозначение специально вводимых элементов (кроме Zn). затем цифру, указывающую процент меди, и наконец, проценты специально вводимых добавок в той же последовательности, в какой записаны сами элементы. В маркировке элементы обозначаются русскими буквами: Л - алюминий, Б -бериллий, О - олово, С - свинец, Н - никель, Мц - марганец, К - кремний, Мг - магний, X - хром, Ц - цинк.
ЛТ 96 - (томпак) означает медно-цинковую латунь с содержанием 96% меди и 4% цинка.
Л 68 - медноцинковая латунь с содержанием 68% меди и 32% цинка.
ЛАЖМц 70-6-3-1 - это специальная латунь с содержанием 70% меди, 6% алюминия, 3% железа, 1% марганца, 20% цинка.
Особенность сварки латуней - интенсивное испарение цинка при температуре 907°С. При этом ухудшаются механические свойства сварного соединения. Для уменьшения выгорания цинка эффективны сварка на пониженной мощности дуги, применение присадочной проволоки с кремнием, который создает на поверхности сварочной ванны окисную пленку (SiO2), препятствующую испарению цинка.